施用石灰对雷竹林土壤氮磷流失的影响

庄舜尧，季海宝，程 琳，李国栋，桂仁意

（1.中国科学院南京土壤研究所 土壤与农业可持续发展国家重点实验室，江苏 南京 210008；2.浙江农林大学 亚热带森林培育国家重点实验室培育基地，浙江 临安 311300）

施用石灰对雷竹林土壤氮磷流失的影响

庄舜尧1，季海宝1，程 琳1，李国栋2，桂仁意2

（1.中国科学院南京土壤研究所 土壤与农业可持续发展国家重点实验室，江苏 南京 210008；2.浙江农林大学 亚热带森林培育国家重点实验室培育基地，浙江 临安 311300）

2011年在浙江省临安市采取施用石灰的方法对退化雷竹（Phyllostachys praecox cv.Prevernalis）林土壤氮磷流失进行了田间试验。结果表明，施用石灰可以显著提高土壤的 pH值；土壤硝态氮、铵态氮与可溶态总氮的流失量分别为719.1、88.58与1 058.6 g/hm2，较对照分别减少20.5%、48.6%与17.9%；对土壤磷流失没有显著影响。

雷竹；土壤酸化；石灰；氮磷流失

雷竹（Phyllostachys praecox cv.Prevernalis）为优良笋用散生竹种，具有出笋早、出笋期长、产量高、壳薄肉厚、笋味鲜美、营养丰富等特点。自1991年，竹农开始采取高效覆盖的栽培技术来提高竹笋的产量，实现雷笋反季节生产，从而获得极高的经济效益。然而，随着雷竹林地覆盖年限的增加，雷竹林土壤普遍存在严重的酸化现象，施用石灰则可能是一种有效的改良措施。通常，施加石灰是改造中、轻度退化林的一个传统和有效的方法。施用石灰可以降低土壤酸度，有效缓解Al和其他重金属毒害，补充Ca、Mg营养，改善土壤结构，提高土壤的生物活性和养分循环能力，从而改善植株营养和生长状况，提高作物产量和品质[1]。有研究认为添加石灰可显著提高红壤氮素的矿化作用，而且在低pH红壤上添加石灰对矿化作用的促进效应要比高pH红壤强[2]；而蔡东等[1]和Dorland等[3]则认为，施用石灰在提高土壤氮矿化的同时，也会增强土壤的硝化作用，使土壤中NO3-N积累量增加。而NO3-N易遭受雨水或灌溉水淋洗而进入地下水或通过径流、侵蚀等汇入地表水中，造成水体污染[4]。Lundell等[5]只在含氮量高的土壤上发现NO3-N淋失量的增加，而在停止施用石灰后N、Ca、Mg的淋失量均迅速减少。有学者认为，酸性土壤中的铁铝氧化物是磷（P）的主要吸附基质[6]，添加石灰可以提高土壤pH值，降低Fe、Al活性，使其产生沉淀，极大地降低了土壤对P的吸附量，从而提高土壤有效P含量[7~8]。王光火等[9]研究却发现，土壤对磷的吸附不仅取决于土壤的pH值，还受土壤交换性Al含量的影响。对于交换性Al含量较高的土壤，提高酸性土壤的pH，会导致交换性Al的水解，生成羟基铝聚合物，增加对磷的吸附。显然，一方面，施用石灰可以加速土壤氮矿化，提高有效磷含量，促进植物对氮磷的吸收；另一方面，在雷竹林土壤养分积累及酸化背景下，施用石灰则会由硝化作用引起氮素流失增加以及土壤有效磷含量的减少。综合来看，我们不清楚施用石灰是否会增加雷竹林地氮磷流失。因此，本研究在酸化土壤改良的基础上，探讨田间雷竹林地施用石灰处理对土壤氮磷流失的影响，以期为雷竹生产的水环境保护提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地及方法

在浙江省临安市太湖源镇黄岗村选择一块退化严重的雷竹林坡地进行田间试验，在坡地雷竹林上设置径流小区，实验区设置施石灰和不施石灰2个处理，每个处理3个重复，共6个实验区，每个小区面积为20 m2，长×宽 = 10 m×2 m，坡度约15º。小区四周用木板隔开，木板埋深35 cm，并用土埂加固，这样可以防止小区间出现串流和侧渗，然后在坡下挖出一个向右倾斜的长2 m、宽0.2 m的集水槽，槽内铺上集水管。水槽的右侧通过PVC管连接一个50 L的集水桶。桶上加盖，并用薄膜包裹住桶口并用石块压住桶盖上的薄膜，避免大风时薄膜被吹开同时能防止收集桶上浮。各小区内按照雷竹林传统的施肥方式和时间施肥，即从2011年10月开始在各小区内施用无机复合肥（N：P：K = 16：16：16）和尿素，按照全年4.73 t/hm2施肥，在10月、次年3月以及8月分3次施肥，每个小区合计施无机复合肥和尿素共9.45 kg。石灰施用则是每半年1次（2011年10月与2012年4月），每次用量为每小区20 kg。

水样采集：降雨发生后，地表径流和地下径流会流向低处的集水槽中，每个月定期测定一次径流集水桶中径流液体积，人工充分混匀泥水，用500 mL塑料瓶装部分泥水混合样带回实验室分析各种形态的氮磷含量。在降雨量多的月份增加一次水样的采集。自2011年11月至2012年10月，共采集到泥水混合样14批。

土样采集：采集小区内0 ~ 60 cm土壤样品进行基本理化性质分析。施用石灰之后，每个月定期采集小区内表层0 ~ 20 cm土壤样品，每个小区随机选取三个点进行采样，带回实验室测定其pH、铵态氮、硝态氮以及有效磷含量。

1.2 样品分析

试验中土壤样品进行了pH、有机质、全氮、全磷、全钾、速效钾及速效磷的分析，水样进行了全氮、全磷、铵态氮、硝态氮、速效磷的分析。pH值采用KCl浸提电极法，有机质采用重铬酸钾氧化法，全氮采用凯氏定氮法，全磷全钾采用H2SO＋HClO4消解后再用比色法及火焰光度计法测定，有效磷用NH4F浸提后比色测定，速效钾NH4OAc提取后火焰光度计法测定，氨氮采用比色法，硝氮采用双波长比色法[10]。

1.3 数据处理分析

处理间的数据比较采用SPSS软件的ANOVA显著性检验分析。

2 结果与分析

2.1 退化雷竹林土壤基本性质

从表1可以看出，土壤酸化严重，pH值低，表层仅为3.12。土壤有机质含量表层为32.1 g/kg，逐层下降。土壤全氮与有机质类似。土壤全磷含量在表层为1.42 g/kg，中层为0.91 g/kg，下层为0.81 g/kg，然而，有效磷含量在表层达到300 mg/kg，远高于一般土壤（相近水田仅为7.1 mg/kg）。全钾含量各层差异不大，约为8 g/kg，但速效钾含量在131 ~ 227 mg/kg，也远高于一般土壤（相近水田为40.5 mg/kg）。这表明，退化雷竹林土壤表现出显著的酸化现象，而土壤养分大量积累。这些结果与以前研究报道结果类似[11~12]。正因为土壤较低的 pH值，可能导致雷竹林的生长衰退，施用石灰来提高土壤pH，改善土壤养分环境以有利于雷竹的良好生长。

表1 试验样地土壤基本性质Table 1 Physiochemical properties of tested soil before experiment

2.2 施用石灰后雷竹林土壤pH值的变化

施用石灰可以提高土壤pH值，但pH值的提高与石灰用量密切相关。从本试验结果来看（图 1），在前期（2011年10月）施用石灰后，土壤pH没有显著提高，维持在3.2左右；这说明土壤的pH缓冲性较高，低量的石灰不足以显著改变土壤pH值。第二次（2012年4月）施用石灰后，土壤pH值开始有显著提高，与前期相比，最大值约提高了3个单位。

2.3 施用石灰对雷竹林氮磷流失的影响

从表 2可知，雷竹林土壤径流液硝态氮浓度为0.37 ~ 26.5 mg/L，平均为5.95 mg/L；铵态氮为0.04 ~ 14.0 mg/L，平均为2.94 mg/L；总氮为3.16 ~ 41.6 mg/L，平均为10.2 mg/L；相比施用石灰后，硝态氮平均浓度为5.03 mg/L，铵态氮为1.83 mg/L，总氮为8.66 mg/L，都要相应地小于对照。对照处理中径流液正磷酸盐浓度为0.090 ~ 0.255 mg/L，平均0.189 mg/L，而施用石灰后为0.091 ~ 0.393 mg/L，平均为0.189 mg/L，两者平均浓度相同；对照处理径流液总磷为0.563 ~ 1.40 mg/L，平均为1.069 mg/L，施用石灰后平均为1.059 mg/L。同时，不同处理径流液氮磷浓度随时间均有很大的波动。

图1 施用石灰对雷竹林表层土壤pH的影响Figure 1 Effect of liming on pH of surface soil in tested stand

表2 施石灰和不施石灰处理土壤径流液氮磷浓度比较Table 2 Comparison on nitrogen and phosphorus in runoff from treated and untreated standmg·L－1

根据径流液浓度与体积，可以计算得到雷竹林土壤氮磷流失通量（表3、表4）。从结果来看，对照雷竹林土壤径流损失中总氮为1 239.4 g/hm2，在夏季流失量最高为748.9 g/hm2；在流失氮中硝态氮占了主要的比例，达到69.97%，其次为有机氮19.42%，铵态氮最少为10.61%。对照雷竹林总磷流失量为141.9 g/hm2，最大流失量也发生在夏季，流失形态以正磷酸盐为主，占90.03%。相比，施用石灰后，总氮流失量为1 058.6 g/hm2，总磷流失量为137.6 g/hm2，均低于对照处理，较对照分别减少了20.5%、48.6%与17.9%。

3 结论

表3 对照雷竹林地土壤中可溶态氮磷流失通量Table 3 Soluble nitrogen and phosphorus loss in the control

表4 施加石灰的雷竹林地可溶态氮磷流失通量Table 4 Soluble nitrogen and phosphorus loss in the treated stand

由试验结果看，施用石灰后，土壤pH值显著提高，铵态氮浓度下降，铵态氮的流失量显著下降，达48.6%；施用石灰与否，硝态氮都是流失氮的主要部分，施用石灰使硝态氮的流失也有所下降，说明雷竹对硝态氮的吸收是有所增加的。施用石灰对土壤磷的流失没有显著影响，主要是土壤中磷移动性较弱，同时施用石灰对磷的影响过程较为复杂，一方面增加通过吸附而固定，另一方面可促进矿化增加可移动量。

总之，合理施用石灰可降低雷竹林地氮磷的流失，促进雷竹对氮磷的吸收利用。

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Effect of Liming on Loss of Nitrogen and Phosphorus in Soil of Phyllostachys praecox cv.Prevernalis Stand

ZHUANG Shun-yao1，JI Hai-bao1，CHENG Lin1，LI Guo-dong2，GUI Ren-yi2
（1.Key Lab of Soil and Sustainable Agriculture, Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China; 2.State Key Lab Cultivation Base of Subtropical Silviculture, Zhejiang A & F University, Lin’an 311300, China）

Field experiment was conducted at a degraded Phyllostachys praecox cv.prevernalis stand in Lin’an, Zhejiang province in 2011 to investigate the effect of liming on nitrogen and phosphorus loss.Results showed that liming increased soil pH significantly.The loss of nitrate, ammonium and total dissolved nitrogen in treated soil reached 719.1, 88.58 and 1058.6 g/ha respectively, which was lower by 20.5%, 48.6% and 17.9% compared to that in the control(no treatment).However, the experiment indicated that liming had no significant effect on soil phosphorus loss.

Phyllostachys praecox cv.prevernalis; soil acidification; lime; nitrogen and phosphorus loss

S714.5

B

1001-3776（2014）06-0068-04

2014-07-30；

2014-09-10

中国科学院战略性先导科技专项（XDA05070303）资助

庄舜尧（1970－），男，浙江舟山人，副研究员，博士，从事土壤化学研究。